CN110912377A - 一种新型数字pwm变换器低延迟电流采样方法 - Google Patents

一种新型数字pwm变换器低延迟电流采样方法 Download PDF

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顾聪
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邓智泉
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Abstract

本发明公开了一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，属于电力电子装置数字控制技术领域。本方法通过在单个PWM周期的初始点和中点对电流信号进行双次采样，利用双次采样结果，对下一个PWM周期初始点的电流进行预测，并将预测值代入数字控制器实现电流反馈控制，从而消除数字控制器中的固有延迟，实现低延迟的电流采样，从而显著提高基于数字控制器的电力电子装置的控制性能以及稳定性。

Description

一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法
技术领域
本发明涉及一种新型数字PWM (脉冲宽度调制)变换器低延迟电流采样方法，属于电力电子装置数字控制技术领域。
背景技术
传统的电力电子装置采用模拟电路实现控制，灵活性较差，且难以实现高性能、复杂的控制算法。采用数字控制器代替传统的模拟电路实现电力电子装置控制，具有较强的灵活性，随着微电子技术的发展，数字控制器的性能日益提高，基于数字控制器的电力电子装置性能也越来越强。然而，基于数字控制器的电力电子装置中，存在固有的一拍控制延迟，该延迟的存在将造成以下问题：
1、数字控制器中的交流控制量存在稳态相位偏差，当采用改交流控制量实现其他类型的算法时，该稳态相位偏差将造成计算误差，叠加在算法的输出结果中，进而降低控制算法的性能；
2、控制环路中存在时延效应，从而使得控制系统稳定裕度下降，进而造成动态期间，控制量出现不可避免的超调量，调节时间也会因此增大。
发明内容
针对基于数字控制器的电力电子装置中的控制延迟问题，本发明提出了一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种数字PWM变换器低延迟电流采样方法，包括如下步骤：
（1）在单个PWM周期的初始点和中点对电流信号进行双次采样；
（2）将中点采样结果与初始点采样结果相减，得到电流变化量；
（3）将中点采样所得电流与步骤(2)中所求得的电流变化量相加，对下一个PWM周期初始点的电流进行预测，并将预测值作为实时电流反馈信号，实现低延迟的电流采样，采集得到的电流反馈信号经数字控制单元计算得到占空比信号，占空比信号经PWM单元形成PWM波，PWM波输出至电力电子功率变换器实现变换器控制。
该方法采用的电力电子装置系统包括电源、电力电子功率变换器、负载、数字控制单元、信号采集单元和PWM单元，其中：电源、电力电子功率变换器和负载顺序连接，PWM单元、数字控制单元和信号采集单元顺序连接，PWM单元和电力电子功率变换器连接。
所述电力电子功率变换器为AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC中的任意一种。
所述负载为并联电网、电阻型负载或电机。
所述PWM单元采用载波中心对称调制方式。
本发明具有以下有益效果：
1、当PWM单元采用中心对称式调制方式时，本发明所设计的新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法可以较为准确的预测下一拍电流，进而消除数字控制系统中固有的一拍控制延迟。
2、本发明在消除一拍控制延迟后，基于数字控制器的电力电子装置中的交流控制量误差以及稳定裕度均能得到有效补偿，进而提高系统控制性能。
附图说明
图1为本发明所基于的电力电子装置系统框图。
图2为本发明所提出的低延迟电流采样方法原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，本发明所基于的电力电子装置系统框图如图1所示，主要包括：电源、电力电子功率变换器、负载、数字控制单元、信号采集单元、以及PWM单元。其中，电力电子功率变换器为AC/DC（交流/直流变换器）、DC/DC（直流/直流变换器）、DC/AC（直流/交流变换器）、AC/AC（交流/交流变换器）中的任意一种，负载可以为并联电网、电阻型负载、电机等各类交直流用电负载，PWM单元采用载波中心对称调制方式，以满足本方法所需的预测条件。
本发明所提出的低延迟电流采样方法工作原理如图2所示，图2以一个基于三路PWM信号控制，采用中心对称型载波的调制方案为例。具体工作原理为，通过在单个PWM周期的初始点和中点对电流信号进行双次采样，将中点采样结果与初始点采样结果相减，得到电流变化量，由于中心对称PWM调制方式的对称性，前半周周期的电流变化量与后半周期的电流变化量近似相等。因此，基于该特性，利用双次采样结果，将中点采样所得电流与前述电流变化量相加，进而对下一个PWM周期初始点的电流进行预测，并将预测值代入数字控制器实现电流反馈控制，从而消除数字控制器中的固有延迟，实现低延迟的电流采样，从而显著提高基于数字控制器的电力电子装置的控制性能以及稳定性。

Claims (5)

1.一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，其特征在于,包括如下步骤：
（1）在单个PWM周期的初始点和中点对电流信号进行双次采样；
（2）将中点采样结果与初始点采样结果相减，得到电流变化量；
（3）将中点采样所得电流与步骤(2)中所求得的电流变化量相加，对下一个PWM周期初始点的电流进行预测，并将预测值作为实时电流反馈信号，实现低延迟的电流采样，采集得到的电流反馈信号经数字控制单元计算得到占空比信号，占空比信号经PWM单元形成PWM波，PWM波输出至电力电子功率变换器实现变换器控制。
2.根据权利要求1所述的一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，其特征在于,该方法采用的电力电子装置系统包括电源、电力电子功率变换器、负载、数字控制单元、信号采集单元和PWM单元，其中：电源、电力电子功率变换器和负载顺序连接，PWM单元、数字控制单元和信号采集单元顺序连接，PWM单元和电力电子功率变换器连接。
3.根据权利要求2所述的一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，其特征在于,所述电力电子功率变换器为AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，其特征在于,所述负载为并联电网、电阻型负载或电机。
5.根据权利要求2所述的一种新型数字PWM变换器低延迟电流采样方法，其特征在于,所述PWM单元采用载波中心对称调制方式。
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